Введение к работе
Актуальность темы исследования На фоне истощения традиционных запасов углеводородов, разработка огромных запасов месторождений природных битумов и тяжелых нефтей (ПБ и ТН) в России и зарубежом с каждым годом становится всё более актуальной задачей. Основные запасы таких углеводородов в силу малых глубин залегания и ассоциированности с более глубоко залегающими запасами легких углеводородов часто хорошо опоис-кованы и разведаны, поэтому на первое место выходит проблема разработки методов эффективного их извлечения.
В настоящее время самым распространенным методом скважинной добычи битумов является парогравитационное воздействие (ПГВ) в модификации канадского специалиста Р.Батлера, получившее название Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD). Количество и масштаб коммерческих проектов с применением ПГВ, реализуемых в мире, растут ежегодно. Этим методом в Канаде планируется извлечь до 60% запасов ПБ и ТН. В России аналогичные технологии активно развиваются в Татарстане и Республике Коми. Несмотря на значительную эффективность ПГВ в широком спектре геолого-физических и промысловых условий, этот метод имеет ряд технологических, экологических и экономических недостатков, основными из которых являются:
невысокая тепловая эффективность в определенных геологических условиях, обусловленная потерями тепла в окружающие породы и непродуктивным нагревом зон, уже охваченных воздействием;
потребление больших объемов природного газа при производстве водяного пара, что является одной из основных статей эксплуатационных затрат и причиной существенных выбросов углекислого газа в атмосферу;
использование значительных объемов воды при производстве пара, что приводит к интенсивной эксплуатации подземных или поверхностных источников, а также к затратам на ее сепарацию, очистку и утилизацию.
Кроме того, метод ПГВ имеет и ряд других ограничений: технология малоэффективна в пластах с небольшой нефтенасыщенной толщиной, при высоком газовом факторе ПБ и ТН и др.
Одним из путей решения вышеупомянутых проблем является модификация нагнетаемого флюида посредством добавки углеводородных растворителей (УВР). Это позволяет расширить область применения и повысить энергетическую эффективность метода, интенсифицировать добычу битума, а также снизить объемы потребления природного газа и воды. Однако этот метод требует учета специфических геолого-физических и термодинамических условий, свойств и состава пластовых флюидов и растворителей. Таким образом, повышение эффективности технологии ПГВ с использованием УВР является актуальной и важной задачей нефтяной отрасли. Ее решению и посвящена данная диссертационная работа.
Целью работы является исследование и оптимизация параметров технологии ПГВ с углеводородными растворителями для повышения её эффективности на основе управления компонентным составом закачиваемого флюида и технологии их нагнетания совместно с паром в различных геолого-физических условиях битумных залежей.
Основными задачами исследований являются:
изучение, обобщение и критический анализ мирового опыта применения технологии ПГВ и ее модификаций;
разработка критериев выбора типа и объемов УВР для совместного нагнетания с водяным паром в пласт для повышения эффективности технологии ПГВ;
формирование оптимальных технологических режимов эксплуатации пары скважин при разработке битумной залежи с применением ПГВ с УВР;
оптимизация параметров совместной закачки УВР и водяного пара в зависимости от различных стратегий разработки битумной залежи;
5 5) изучение применения ПГВ в залежах с различным компонентным составом битума и решение задачи расширения области применимости ПГВ для залежей с повышенным начальным газовым фактором.
Научная новизна работы определяется следующими результатами:
исследован широкий спектр УВР и их долей в нагнетаемом потоке для совместной закачки с паром для повышения эффективности технологии ПГВ в различных геолого-физических условиях;
определены закономерности изменения основных технологических показателей разработки битумной залежи методом ПГВ с УВР в зависимости от типа УВР и его доли в нагнетаемом потоке;
решены задачи выбора оптимальных технологических режимов эксплуатации пары скважин при разработке битумной залежи методом ПГВ с модифицированным компонентным составом закачиваемого флюида при различных целевых функциях и стратегиях разработки;
изучен феномен образования области повышенной газонасыщенности на границе паровой камеры, отрицательно влияющей на эффективность передачи скрытой теплоты парообразования водяного пара битуму;
получены зависимости изменения коэффициента извлечения нефти (КИН) при реализации ПГВ и ПГВ с УВР для залежей битума, характеризующегося различными значениями начального газового фактора.
Практическая ценность работы обусловлена следующим:
созданная неизотермическая гидродинамическая композиционная модель, интегрированная с оптимизационным алгоритмом, позволяет прогнозировать широкий спектр технологических показателей разработки битумной залежи при различных сценариях реализации технологии ПГВ и ее модификаций;
полученные оптимизированные технологические параметры ПГВ с УВР для условий месторождений в районе реки Атабаска (Канада) позволя-
ют повысить энергетическую эффективность воздействия на битумную залежь, интенсифицировать добычу и увеличить КИН;
выявленные оптимальные значения долей УВР в нагнетаемом потоке для различных типов УВР могут быть использованы при проектировании совместной закачки водяного пара и растворителей в упомянутых геолого-физических условиях;
предложен способ снижения негативного эффекта выделившегося из битума газа на процесс разработки битумной залежи методом ПГВ с помощью изменения компонентного состава закачиваемого флюида.
Результаты данных исследований были использованы в отчете института ТатНИПИнефть ОАО «Татнефть», заказ-наряд № 07.2848.08 «Разработка технологии паротеплового воздействия в композиции с растворителями», а также при составлении РД 153-39.1-604-08 «Инструкция по безопасному проведению опытно-промышленных работ по добыче сверхвязкой нефти методом паротеплового воздействия с углеводородными растворителями».
Методы исследования заключаются в комплексном анализе и научном обобщении теоретических и экспериментальных исследований, проведении вычислительных экспериментов на композиционных термогидродинамических моделях битумных залежей и использовании специальных методов оптимизации.
Апробация работы
Результаты работы были представлены на:
Симпозиуме национальных нефтяных компаний по технологиям добычи, природному газу, защите окружающей среды и лучшей практике разработки, Мехико, 25-26 марта 2009 г.
Европейском симпозиуме EAGE по повышению нефтеотдачи, Париж, 27-29 апреля 2009 г.
Научном семинаре кафедры Разработки и эксплуатации нефтяных месторождений РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва, 28 мая 2009 г.
Расширенном заседании отдела технологий разработки месторождений компании СтатойлГидро, Ставангер, 18 августа 2009 г.
1-ой Международной студенческой научно-практической конференции «Нефтегазовые горизонты», РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва, 10-11 ноября 2009 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе, 3 - в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем работы. Диссертация включает 112 страниц, 34 рисунка, 16 таблиц, состоит из введения, 4 глав, заключения и 2 приложений; библиография состоит из 133 наименований.
